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晶体管及其基本放大电路-7

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晶体三极管及其放大电路

晶体三极管及其放大电路

第3章 晶体三极管及其放大电路3.1 教学基本要求教 学 基 本 要 求主 要 知 识 点熟练掌握 正确理解 一般了解晶体管的结构及其工作原理√ 电流分配与放大作用√ 晶体管三极管 晶体管的工作状态、伏安特性及主要参数√ 放大电路的组成原则及工作原理√ 放大电路的主要技术指标、查阅电子器件相关数据资料 √ 图解法 √ 静态工作点估算法 √ 三极管放大电路的分析方法微变等效电路法√三种组态基本放大电路比较√静态工作点的选择与稳定、基本电路设计√耦合方式及直接耦合电路的特殊问题√ 多极放大电路 分析计算方法 √频率响应的基本概念 √三极管放大电路基础放大电路的频率响应频率响应的分析计算方法√3.2 重点和难点一、重点1．正确理解三极管的结构、电流分配、伏安特性和“放大”的实质。

2．三极管放大电路的图解法、小信号模型和放大电路的小信号模型分析方法。

3．放大电路中静态工作点的稳定问题。

二、难点1．正确理解NPN 和PNP 型三极管的组成及其工作原理。

2．三极管放大电路的小信号模型分析方法和工作点稳定问题。

3．基本放大电路的设计3.3 知识要点三极管的结构及类型 电流分配及电流放大作用 1．双极型三极管 共发射极特性、工作区域 主要参数“放大”的概念“放大”的概念及条件 三极管的内部条件外部条件 放大电路的组成、各元器件的作用2．共发射极放大电路 固定偏置共发射极放大电路的原理和工作波形 共发射极放大电路的三种工作状态与失真分析 分析方法与步骤静态分析3．共发射极放大电路的图解法动态分析失真与最大不失真输出电压三极管的小信号模型4．小信号模型分析法H参数的物理意义共发射极放大电路的小信号模型分析方法5．共发射极放大电路的工作点稳定问题6．共发射极、共基极和共集电极放大电路的特点阻容耦合方式直接耦合方式7．多级放大器变压器耦合方式光电耦合方式多级放大器的分析频率响应的基本概念RC低通电路的特性及波特图8．放大电路的频率响应RC高通电路的特性及波特图BJT的高频小信号混合π型模型单级阻容耦合放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性3.4 主要内容3.4.1 晶体三极管3.4.1.1 晶体三极管的分类及结构晶体三极管通常简称为三极管，也称为晶体管和半导体三极管。

第七章 场效应管及其基本放大电路

第七章 场效应管及其基本放大电路

N沟道增强型MOS管的输出特性曲线
7
（3） uDS和uGS同时作用时
uDS一定，uGS变化时 给定一个uGS ，就有一条不同的 iD – uDS 曲线。
iD / mA 预夹断临界点轨迹 uDS = uGS - Uth 可变电阻区 7V
8 6 4 2 0 饱和区 6V 5V 4V uGS = 3V 截止区 0 5 10 15 20 uDS / V
低频跨导：
gm iD u GS
U
DS
夹断区（截止区）
常量
不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。
20
7.3场效应管的分类
工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性
N 沟道 ( u GS ＜ 0， u DS ＞ 0 ) 结型 P 沟道 ( u GS ＞ 0， u DS ＜ 0 ) N 沟道 ( u GS ＞ 0， u DS ＞ 0 ) 场效应管 增强型 P 沟道 ( u GS ＜ 0， u DS ＜ 0 ) 绝缘栅型 N 沟道 ( u GS 极性任意， u DS ＞ 0 ) 耗尽型 P 沟道 ( u GS 极性任意， u DS ＜ 0 )
场效应管工作在恒流区的条件是什么？
17
3. JFET特性
iD / mA 可变电 阻区 -1V 恒流区 -2V -3V -4V -5V 0 (a) 输出特性曲线 夹断区 uDS / V UP -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 uGS / V (b) 转移特性曲线 预夹断轨迹 uGS = 0V iD / mA IDSS
各种场效应管的特性比较（2）
结构类型
工作 方式 增 强 型
电路符号
转移特性曲线

晶体管放大电路的基本分析方法

晶体管放大电路的基本分析方法

VBQ
由此，
VVBQCC的大R小b1R与b2三Rb极2 管的参数无关。
2、工作原理 温度变化时，三极管的参数将发生变化，导致工作点
偏移。 分压式偏置电路稳定工作点的过程可表示为：
T(温度) (或 ) ICQ IEQ VEQ VBEQ IBQ
其中 Ce 的作用是提供交流信号的通道，减少信号的损 耗，使放大器的交流信号放大能力不因而降低。
IBQ

VCC
VBEQ Rb
ICQ IBQ
VCEQ VCC ICQ Rc
VBEQ ：硅管一般为 0.7 V，锗管为 0.3 V。一个 放大器的静态工作点的设置是否合适，是放大 器能否正常工作的重要条件。
5、静态工作点对放大器工作状态的影响。
若 Rb 阻值适当，使 IBQ 有合适的数值，则基极 的总电流IBQ+ib 始终是单方向的电流，即它只 有大小的变化，没有正负极性的变化，这样就 不会使发射结反偏而截止，从而避免了输入电 流 ib 的波形失真。
三）放大原理
1、放大电路 输出：从集电极和发射极之间输出。
输入：从基极和发射极之间输入。 电路中，vBE、iB、ic、vCE 随 vi 变，变化作用如下：
vi→vBE→iB→iC→vCE→vo
2、放大原理 vi 的变化将产生变化的基极电流，使基极总电
流发生变化，集电极电流在集电极电阻上产生
压降，使放大器的集电极电压将随之变化。通
例1、图示的电路中，设三极管 = 50，其余参数见
图（。4）试ri求；：（（5）1）ro静。态工作点；（2）rbe ；（3）Av ； 解:（1）求静态工作点
IBQ
VCC Rb

12 V 270 k

晶体三极管及其基本放大电路

晶体三极管及其基本放大电路

22
2.4、三极管的主要参数
• 1、电流放大系数 • i)共射极电流放大系数
直流电流放大系数 IC
IB
交流电流放大系 数 Vic
Vib
h（ fe 高频）
一般工作电流不十分大的情况下,可认为
Ma Liming
Electronic Technique
23
ii)共基极电流放大系数
共基极直流电流放大系数
3
6
9
IB=0 12 vCE(V)
区时, 有:VB>VC Rb
+
－
UBB
Ma Liming
+ 对于PNP型三极管,工作在饱和区 UCC 时, 有:VB<VC<VE
－
Electronic Technique
13
例:如图，已知三极管工作在放大状态, 求:1).是NPN结构还是PNP结构?
Ma Liming
Electronic Technique
20
方法二：用万用表的 hFE档检测 值
1. 拨到 hFE挡。
2.将被测晶体管的三个引脚分别插入相应的插孔 中（TO-3封装的大功率管，可将其3个电极接 出3根引线，再插入插孔），三个引脚反过来 再插一次，读数大的为正确的引脚。
3.从表头或显示屏读出该管的电流放大系数。
N
b
c PV
Rb
eN
+
－
UBB
Ma Liming
+
UCC 对于PNP型三极管,工作在放大区 － 时, 有:VC<VB<VE
Electronic Technique
10
iC(mA ) 4 3
2 1

基本 放大电路

基本 放大电路
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第三节 多级放大电路
四、阻容耦合多级放大电路的分析
由两级共射放大电路采用阻容耦合组成的多级放大电路如 图7-17所示。
由图7-17可得阻容耦合放大电路的特点: (1)优点 因电容具有“隔直”作用，所以各级电路的静态
工作点相互独立，互不影响。这给放大电路的分析、设计和 调试带来厂很大的方便。此外，还具有体积小、质量轻等优 点。 (2)缺点 因电容对交流信号具有一定的容抗，在信号传输 过程中，会受到一定的衰减。尤其对于变化缓慢的信号容抗 很大，不便于传输。此外，在集成电路中，制造大容量的电 容很困难，所以这种祸合方式下的多级放大电路不便于集成。
上一页 下一页
第三节 多级放大电路
三、变压器耦合
我们把级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合。 其电路如图7-16所示。
变压器耦合的特点: (1)优点 因变压器不能传输直流信号，只能传输交流信号
和进行阻抗变换，所以，各级电路的静态工作点相互独立， 互不影响。改变变压器的匝数比，容易实现阻抗变换，因而 容易获得较大的输出功率。 (2)缺点 变压器体积大而重，不便于集成。同时频率特性 差，也不能传送直流和变化非常缓慢的信号。
分压偏置共射极放大电路如图7-12 (a)所示，发射极电阻 RE起直流负反馈作用，在外界因素变化时，自动调节工作点 的位置，使静态工作点稳定。
分压偏置共射极放大电路的直流通路如图7-12 (b)所示电路
上一页 返 回
第二节 共集电极电路
一、共集电极放大电路的组成
如图7-13 (a)所示，由于直流电源对交流信号相当于短路， 集电极便成为输入与输出回路的公共端，因此这个电路称为 共集电极放大电路，简称共集放大器，又称射极输出器它的 直流通路如图7-13 ( b)所示，交流通路如图7-13 (c)所示。

晶体管及其基本放大电路

晶体管及其基本放大电路
N(发射区) 发射结
E
BJT示意图
BJT结构特点
• 发射区的掺杂浓度最高 ( N+ )；
• 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；
• 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓 度最低。
BJT三个区的作用：
CB E
发射区：发射载流子
集电区：收集载流子 基区：传送和控制载流子
P N+ N-Si
7.1.1 BJT的结构简介
基区：传送和控制载流子
（以NPN为例）
IE=IB+ IC IC= INC+ ICBO
动画示意
放大状态下BJT中载流子的传输过程
动画演示
7.1.2 放大状态下BJT的工作原理
三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通
过载流子传输体现出来的。
外部条件：发射结正偏，集电结反偏。
以NPN管为例 发射结正偏 VBE≈ 0.7V； 晶体管发射结导通。
共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示 ；
共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示 ;
共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。
7.1.3 BJT的特性曲线
输入特性曲线 BJT的特性曲线
输出特性曲线
输入回路
RB VBB
IB
+ VBE
-
IC +
VCE IE
RC VCC
输出回路
试验电路
晶体管特性图示仪
P N
E
VCE IB 0V 1V 10V
VBE 0
随着VCE电压的增大, 基区IB的电流通道变窄, IB 减小。要 获得同样大的 IB , 必需增大VBE 。表现出曲线右移。
当VCE ≥1V时，特性曲线右移的距离很小。通常将VCE=1V

第7讲 晶体三极管及基本放大电路(4)改-PPT精选文档


R R ∥ R ∥ [ r ( 1 ) R ] i b1 b2 be e
利?弊?

R L' r be ( 1 ) R e
' R 若 ( 1 ) R r ，则 A L e be u R e
4.4.1 射 极偏置电 路
5） 动态分析（续） ③输入电阻
放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻
4.4.1 射 极偏置电 路
5） 动态分析（续）
④输出电阻
求输出电阻的等效电路
•网络内独立源置零 •负载开路 •输出端口加测试电压
rce对分析过程影响很大，此处不能忽略
对回路1和2列KVL方程
I ( r R ) ( I I ) R 0 b be s b c e
本次课教学要求
• • • • 1、掌握射极偏置放大电路的原理及分析方法； 2、掌握基本共集放大电路的原理及分析方法； 3、掌握基本共基放大电路的原理及分析方法； 4、掌握三种基本放大电路各自的特点，在实际 应用中根据设计要求合理选择。
第4章 半导体三极管及放大电路基础
4.1 半导体三极管（BJT）
温度对Q点的影响动画
2、静态工作点稳定的典型电路 ---射极偏置电路(基极分压 式射极偏置电路）
1） 电路组成
直流通路？
Ce为旁路电容，在交流 通路中可视为短路
2、射极偏置电路（续）
2） 稳定工作点原理（演示）
3、射极偏置电路（续）
2） 稳定工作点原理（续）
目标：温度变化时，使IC维持恒定。 如果温度变化时，b点电位能基 本不变，则可实现静态工作点的稳 定。
稳定原理：
T IC IE UE、UB不变 UBE IB

晶体管及其放大电路

晶体管放大原理主要基于晶体三极管的特性。晶体三极管由发射极、基极和集电极构成，根据材料、结构和使用频率等有不同的分类。其电流放大原理需要满足一定的内部和外部条件，子经历复杂的传输过程，发射区向基区注入多子电子形成发射极电流，电子到达基区后多数向集电结方向扩散，少数与空穴复合。这导致了晶体三极管各电极间的电流分配关系，其中集电极电流与基极电流之间存在一定的比例关系，即电流放大系数。此外，晶体三极管的特性曲线包括输入特性和输出特性，分别描述了基极电流与发射结电压、集电极电流与集电极电压之间的关系。在放大区，集电极电流与基极电流呈线性关系，这是晶体管实现电流放大的关键。

电子技术基础： 晶体管放大电路

二、性能分析 1、静态 2、动态
输入电压为零时， 电路输出电压会偏离 初始值，随时间作缓慢、
无规则地变动。
Vcc
三、电路特点
ui
uo
6.4 功率放大电路
6.4.1 功率放大电路的基本特点
一、输出功率足够大
输出足够大的信号电压、足够大的信号电流。
二、转换效率尽可能高
效率：交流输出功率与电源提供的直流功率之比。
6.2.4 稳定静态工作点的放大电路
1.温度对静态工作点的影响 T↑→ICBO↑,温度每升高10oC, ICBO↑一倍 T↑→UBE↓,温度每升高1oC, UBE↓2.5mv T↑→β↑,温度每升高1oC,β↑ 0.5%—1%
100℃ 27℃
0℃
温度扫描分析
6.2.4 稳定静态工作点的放大电路
2. 典型的稳定静态工作点电路 一、电路构成
三、非线性失真尽可能小
工作在大信号状态，难免带来非线性失真。
四、重视功率管的散热和保护
功率放大电路的分类 分类：
1、甲类状态：晶体管在整个信号周期内导通。
2、乙类状态：晶体管只在信号半个周期内导通。 3、甲乙类状态：晶体管导通时间略大于半个周期。
6.4.2 互补对称功率放大电路
1.互补对称乙类功放电路(OCL电路)

(1 )RL rbe (1 )RL
RL = Re // RL
输入电阻Ri
Ri
Ui Ii

Rb
// [rbe
(1 )RL ]
输出电阻Ro
Ro
Uo Io

Re
// (rbe
RS // Rb )
1
特点：Au略小于1；Uo与Ui同相；Ri大，Ro小; 有电流、功率放大作用。

《模拟电子技术基础》第3章 双极型晶体管及其基本放大电路


3.2 双极型晶体管
3.2.4 晶体管的共射特性曲线
2.输出特性曲线—— iC=f(uCE) IB=const
以IB为参变量的一族特性曲线
(1)当UCE=0V时，因集电极无收集
作用，IC=0；
(2)随着uCE 的增大，集电区收集电
子的能力逐渐增强，iC 随着uCE 增加而
增加；
(3)当uCE 增加到使集电结反偏电压
电压，集电结应加反向偏置电压。
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
1. 晶体管内部载流子的传输
如何保证注入的载流
子尽可能地到达集电区？
P
N
IE=IEN + IEP
IEN >> IEP
IC= ICN +ICBO
ICN= IEN – IBN
IEN>> IBN
ICN>>IBN
N
IEP
IE
3. 晶体管的电流放大系数
(1) 共基极直流电流放大系数
通常把被集电区收集的电子所形成的电流ICN 与发射极电流
IE之比称为共基电极直流电流放大系数。
ത
I CN

IE
由于IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN，且ICN>> IBN，ICN>>IEP。通常ത
的值小于1，但≈1，一般
ത
为0.9-0.99。
ത
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
3. 晶体管的电流放大系数
(2) 共射极直流电流放大系数
I C I CN I CBO I E I CBO ( I C I B ) I CBO
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VCC
uCE
虽然RB 、RC、 VCC对工作点都有影响，但实际 工作中多通过调节RB来达到目的。
模 拟电子技术
2. 5 放大电路的动态图解分析
一. 输出空载时的图解法（RL=∞） 1.根据ui在输入特性上画出ib和ube
iB IBQ
iB/A ib
Q
O t O 0.7 V
O
ui
t
uBE/V uBE/V
基本放大电路的分析方法（静态动态都适合）
图解法：以解析法为基础，在输入和输出特 性曲线上求解，前提是输入和输出特性曲线已 知。 等效电路法：在一定的条件下，给三极管找 一个线性模型，然后用分析线性电路的方法来 求解。
模 拟电子技术
2. 4 放大电路的静态分析 静态分析的目的：使三极管工作在线 性区
Q R B iB
VBB uBE
VCC uCE Q 趋近饱和区。
（2）
iB
改变
RC ，iC其他参数不变
VCC
Q
RC ICQ
Q
RC Q 趋近饱和区
uBE
UCEQ VCC uCE
模 拟电子技术
（3） 改变 VCC ，其他参数不变
iB
VCC
RB Q
iC
VCC/RC
VCC
向右上方 平移
Q
VCC
uBE
估算法与图解法比较：
估算法简单，结果不直观。
图解法麻烦，结果直观， 但需要已知特性曲线。
所以应根据实际情况进行选择。
RＢ
RC
IB
IC +VCC
U+BE
T+ UCE
-
-
模 拟电子技术
3. 电路参数对静态工作点的影响
（1） 改变 RB，其他参数不变
iB
iC
VCC
R B iB Q 趋近截止区；
RB Q
以保证信号不失真。
UBE
静态分析的任务：确定静 态值（直流值） IB
IC
一. 等效电路法（估算法）
UCE
画出直流通路
三极管的 直流模型
等效电路
利用电路知识
结果
模 拟电子技术
（1）三极管的直流模型 iB
O
iB/μA
iC/mA
4iC / mA
3 2
uBE 1
O24
50 µA 40 µA 30 µA 20 µA 10 µA
u IB = 0 CE
6 8 /V
0 UBE(on) uBE/V
输入特性近似
0 UCES
IB=0 uCE/V
输出特性近似
模 拟电子技术
b
cb
cb
c
IB
UBE(on)
βIB
UBE(on)
UCES
e
截止状态模型
e
放大状态模型
e
饱和状态模型
模 拟电子技术
（2）静态工作点的估算
偏置电阻 偏置电流
IB VCC UBE Rb
模 拟电子技术
2.根据ib在输出特性上画出ic和uce
iC ICQ
O
iC/mA
iB
ic
Q
Q
Q
IBQ
iB
t
UCEQ
uCE/V O
O
uce uCE/V
t
Ucem
iB/A ib
Q
uBE/V t O 0.7 V
O
t
ui uBE/V
说明uce和ui反向，同时可以求出电压放大倍数
VCC 0.7 Rb
VCC Rb
IC= IB UCE VCC IC RC
直流通路 静态工作点的估算实际上用的就是三 极管的直流模型
模 拟电子技术
例：用估算法计算静态工作点。 Rb
RC
已知：VCC=12V，RC=4K，
Rb=300K ，=37.5。
解： UBE 0.7V
IB VCC 12 0.04mA 40μ A Rb 300
RＢ RIBC
根据输入特性曲线
iB f (uBE ) uCE常数
+
iB/A
UBE
-
+VCC IC T+ UCE
-
直流负载线方程：
ＵBE = VＣＣ ＩBRB
VCC/RB IBQ
O
Q 静态工作点
UBEQ VCC
uBE/V
可在输入特性曲线
输入回路图解
找出静态工作点Ｑ
模 拟电子技术
2.在输出回路中确定 (IC,UCE)
RＢ
RIBC
+VCC IC
根据输出特性曲线及直流负载线方程：
uCE = VCC iC RC
+
UBE
-
T+ UCE
-
iC/mA
直流负载线
VCC/RC
ICQ
Q iB
பைடு நூலகம்
O
UCEQ
VCCuCE/V
输出回路图解
(IB,UBE) 和( IC,UCE )分别对应于输入输出特性曲 线上的一个点称为静态工作点。
模 拟电子技术
模 拟电子技术
回顾 共发射极放大电路的组成
共发射极放大电路的工作原理， 并定性地给出了共发射极放大电路 正常工作时各点的波形
任务：
如何定量求解放大电路的静态
工作点？
如何定量求解放大电路的动态
性能指标？
模 拟电子技术
基本放大电路的特点
非线性电路
交直流信号共存：直流是基础，交流是放大 的对象和预期的结果。
IC IB 37.5 0.04 1.5mA
+VCC
UCE VCC ICRC 12 1.5 4 6V
请注意电路中IB和IC的数量级
模 拟电子技术
二.用图解法确定静态工作点
RＢ
RC
IB
+
(IB,UBE) UBE
-
+VCC
IC T + ( IC,UCE )
UCE
-
模 拟电子技术
1.在输入回路中确定 (IB,UBE)